CN101809516B - 带分支诊断的电通信电路 - Google Patents

Abstract

电通信电路包含电源、主干部分、分支部分，设置于主干部分和分支部分之间的隔离装置，连接到主干部分的诊断仪器和连接到分支部分的现场器件，其中现场器件适于经由通信电路发送数据信号，该数据信号包括一个或多个核心功能，其中通信电路和/或数据信号在一个或多个预先确定的正常运行参数下工作，其中诊断仪器适于检测一个或多个预先确定的对所述正常运行参数的违反，其中分支诊断模块被连接到分支部分，并且适于监测分支部分的电特性，其中分支诊断模块包含适于干扰通信电路和/或其上发送的数据信号的干扰装置，使得对正常运行参数的所述一个或多个预先确定的违反可通过诊断仪器进行检测，但是数据信号的所述一个或多个核心功能不受影响，并且其中分支诊断模块适于在它检测到分支部分中的一个或多个预先确定的电学事件时激活所述干扰装置。

Description

带分支诊断的电通信电路

本发明涉及带分支(spur)诊断的电通信电路，特别是用作(但不是排他性地用作)改进的现场总线物理层诊断电路。

现场总线(fieldbus或field bus)是用于实时分布式控制的、现在被标准化为国际电工委员会(IEC)第61158号标准的工业计算机网络协议族的名称。复杂的自动工业系统(例如，燃料精炼厂)通常需要控制器系统的有组织的分层结构(hierarchy)来进行工作。在该分层结构中，于顶端具有人机接口(HMI)，在那儿操作者可以监测或操作系统。它通常经由非时间关键的通信系统(例如，以太网)链接到可编程逻辑控制器(PLC)的中间层。在控制链的底端是现场总线，所述现场总线将PLC链接到实际工作的部件(诸如，传感器、致动器、电动机、控制台的灯、开关、阀门和接触器)。

现场总线常用于本质安全的环境(例如易燃气氛，特别是IIC类气体组、氢和乙炔，及以下，例如对于气体和/或灰尘的IIB和HA气体组)中。使用现场总线协议，经由电通信电路远程控制和监测这种环境中的现场仪器和设备，所述电通信电路经常与用于驱动现场仪器的电力被设置在相同的电路中。

近几年来，用于IEC 61158型网络的现场总线物理层诊断已被成功地引入主流加工工业。例如，图1显示了典型的电通信电路，所述电通信电路包含电源1、主干部分4、器件耦合器8和与其连接的分支部分6。多个器件7被安装在分支部分6上，并且这些器件在使用中向安装在主干部分4上、一定距离之外的控制系统2发送数据信号。诊断模块3也被安装在主干部分4上(通常在与控制系统2相同的位置处)，并通过测量与网络硬件关联的物理层变量以及部分地使用物理层软件或协议来工作。

然而，倘若要被监测的所有部件之间存在电的或物理的连续性，像模块3的已知的诊断设备只能够监测和评估(asses)任何给定网络的健康状态。

在本质安全的环境中，通过隔离器件使得电力部分和通信电路部分本质安全。图2显示了与图1所示的相似的电通信电路，但是其中流电(galvanic)绝缘器9被插入在主干部分4和分支6之间，使得分支6本质安全。因此分支6和器件7的物理层属性(诸如，对地不平衡、噪声水平、电压/信号电平、信号质量等等)是自治的(autonomous)且不能通过诊断模块3检测。对于已知的像Fieldbarrier(注册商标名)的流电绝缘器件、以及对于没有流电绝缘的一些耦合器(例如，具有分支阻抗或电抗的那些)，出现此问题。

为了克服此问题，使用基于现场的诊断模块来对分支进行物理监测是已知的。图3显示了与图2所示的相似的电通信电路，但在其中，分支诊断模块10已被引入隔离的器件耦合器8中，使得能够物理监测隔离的分支6和器件7。但是，存在与从分支诊断模块10向控制系统2和/或一定距离之外的诊断模块3中继(relay)数据关联的问题。使用现有的缆线基础结构最好地实现了这一点，但是它已经承载了预先设计的量的现场总线电信数据，而增加额外的数据不利地影响数据的带宽。使用分离的缆线来中继数据是一种可能的解决方案，但是这经常是不切实际的，因为它能够给设计、硬件和安装造出显著的成本增加。

本发明想要克服以上问题中的一些问题。

因此，根据本发明，电通信电路包含：电源、主干部分、分支部分、设置在主干部分和分支部分之间的隔离装置、连接到主干部分的诊断仪器和连接到分支部分的现场器件，其中现场器件适于通过通信电路发送数据信号，该数据信号包括一个或多个核心功能，其中通信电路和/或数据信号在一个或多个预先确定的正常运行参数下执行功能，其中诊断仪器适于检测对所述正常运行参数的一个或多个预先确定的违反(breach)，其中分支诊断模块被连接到分支部分，而且适于监测分支部分的电特性，其中分支诊断模块包含干扰装置，所述干扰装置适于干扰通信电路和/或其上发送的数据信号使得对正常运行参数的所述一个或多个预先确定的违反可以被诊断仪器检测到，但是数据信号的所述一个或多个核心功能不受影响，并且其中分支诊断模块适于在它检测到分支部分中的一个或多个预先确定的电学事件时激活所述干扰装置。

因此，本发明的电通信电路允许分支诊断模块使用现有的基础结构与诊断仪器进行通讯，但是不影响从现场器件发出的正常数据通信的性能。

本发明的诊断设备可以是主干诊断模块，或者它可以是被并入控制系统中的诊断功能。在本发明大多数的实施例中，主干诊断模块被用于检测对正常运行参数的违反。这种主干诊断模块还监测主干部分的电特性。但是，在本发明的其它版本中不像这样存在主干诊断模块，并且本发明的诊断仪器包含被并入到控制系统中的诊断功能，其主要目的是用于从现场器件接收数据信号和向现场器件发送数据信号。在下面描述的每一个实施例中使得此区别清晰。

隔离装置可包括：基于微处理器的现场总线转发器(repeater)技术，或者，在分支/主干接口处或在分支之间的简单的阻抗和/或电抗。然而，隔离装置优选能包含本质安全的流电绝缘器，所述流电绝缘器适于使得分支部分本质安全。

受到干扰而导致对正常运行参数的违反的电路或数据信号的具体特征可以为许多不同的东西。例如，在正常运行参数下，通信电路能够包含在预先确定的阈值内的物理层属性，并且干扰装置能够适于改变主干部分的物理层属性使得其违反所述阈值中的一个。这可以容易地通过调整诊断仪器特定的可检测变量而实现。例如，干扰装置能够产生将可通过主干诊断模块检测的感应缆线不平衡信号、电压和/或电流水平变化或跃迁、或噪声水平变化。可实现这一点的技术手段是众所周知的。

在一个实施例中，干扰装置可以包含安装在主干部分的阴极或阳极电线上的继电器，并且分支诊断模块能够适于在它检测到分支部分中的一个或多个预先确定的电学事件时驱动所述继电器，使得在主干部分中创建可通过诊断仪器检测的缆线不平衡。将会认识到：通过创建仅需可通过诊断仪器检测的允许值的对地电极(pole to ground)，即可实现这一点，而不影响数据信号的核心功能。

作为备选的方案，干扰装置能够包含安装在主干部分上的公共模式注入(injection)点，并且主干部分能够包含缆线护罩(shield)，分支诊断模块和诊断仪器都参照所述缆线护罩作为基准(reference)。分支诊断模块能够适于在它检测到分支部分中的一个或多个预先确定的电学事件时向主干部分注入公共模式干扰信号，使得在主干部分中创建可通过参照缆线护罩由诊断仪器检测到的公共模式变化。

将会认识到：这种布置必须不影响分支部分的本质安全，并且作为这样的隔离装置，可以在分支诊断模块和到主干部分的任何连接之间采用流电的隔离装置或其它的隔离装置。

作为替代方案，数据信号本身能够被干扰而不影响它们的核心功能中的一个或多个。(在这里，“核心功能”指的是现场器件的主要功能性，例如由传感器进行的压力读取。将会认识到：从这样的传感器发送到控制系统的数据通常包括多种次要功能，例如诊断数据和简单识别输入数据的报头字节。)因此，在本发明的一个版本的正常运行参数下，数据信号可以包括具有报头和/或其结尾部分的结构，并且干扰装置能够适于改变报头或结尾部分使得它偏离所述结构。

将会认识到：大多数报头或结尾部分比特中仅仅少量百分比的比特被任何器件用于同步，因此修改、删除或增加一个比特不影响报头或结尾部分的功能，但是这样的变化能够容易地被适当地编程的主干诊断模块或控制系统检测到。

电通信电路优选包括多个分支，所述多个分支能够各自承载多个器件。如上所述的改变数据信号的一个特别优势在于：能够激活器件或分支特定的警报，因为变更被标记到特定设备地址。这使得精确定位故障区域容易了很多。当不考虑故障而变更主干部分的相同物理层属性时，这是不可能的。

为了实现上述布置，流电绝缘器可以包含软件层转发器功能，并且分支诊断模块可以包括适于控制所述软件层转发器功能、特别是适于在转发器工作期间增加、去除或变更数据信号的报头和/或结尾部分的一个或多个比特的微处理器。实现此功能所需的这种软件编程是已知的，而且本领域普通技术人员能够将该技术付诸实施。

在本发明的另一版本中，在正常运行参数下，数据信号可以包含数据传输时段和静默非数据传输时段的交替序列。干扰装置能够适于在静默非数据传输时段中发送功能性的次要数据信号，其存在可被诊断仪器检测为对所述交替序列的违反，并且通过诊断仪器理解其功能性的含义。

通过此布置，只有当现场器件不发送数据信号时，分支诊断模块才与诊断仪器进行通信。因此，数据信号的核心功能显然不受影响。这里的优势在于：与通过增加或删除一个比特来简单地指示故障的存在所能实现的相比，分支诊断模块能够向诊断仪器发送复杂得多的数据信号。但是，也存在在静默非数据传输时段之前会有延迟的缺点。

在本发明的另一版本中，在正常运行参数下，数据信号可以包括现场器件诊断数据部分，并且干扰装置能够适于删除所述现场器件诊断数据部分和用分支诊断数据替换所述现场器件诊断数据部分。

在实践中，现场器件诊断数据部分通常只包含一个比特，其用于传达故障或无故障状态，而在现有技术布置中，接收数据信号的控制系统检测故障或无故障状态。在本发明的这个实施例中，当检测到分支故障时，数据信号中的无故障状态比特将被变更为故障状态比特，并且它可被主干诊断模块或者被控制系统检测到。

为了实现上述布置，流电绝缘器可以包含软件层转发器功能，并且分支诊断模块可以包括适于控制所述软件层转发器功能、特别是适于在转发器工作期间删除所述现场器件诊断数据部分并且用节点诊断数据替换它的微处理器。实现此功能所需的这种软件编程是已知的，而且本领域普通技术人员能够将该技术付诸实施。

将会认识到：在实践中，现场总线分支通常包括多个现场器件，例如12个器件。在这样情况下，多个器件在宏周期(macro cycle)内轮流发送它们的数据信号。因此，每个周期发送12段独立的现场器件数据。为了区分单个器件故障和分支故障，软件层转发器功能能够删除该周期内的所有的现场器件诊断数据部分，并且将它们替换为分支诊断数据。

在宏周期内现场器件诊断数据的不同部分能够被重写(override)的方式是不受限制的，并且多种不同的布置是可以的。例如，在本发明的一个版本中，与持续的方式相反，仅对于给定数量的周期能够删除一个或所有现场设备的现场设备诊断数据部分并且用分支诊断数据进行替换。这将允许随后的器件故障被检测到。

如果期望简单地传达已经发生故障，那么删除现场器件诊断数据部分并且将其替换为分支诊断数据就足够了。这种系统本质上作为警报系统工作，并且用户然后会执行进一步的手动或自动调查以识别和解决故障。

在这种类型的一个具体配置中，可由分支诊断模块执行整个电通信电路诊断，并且可以没有主干诊断模块。在此情形中，本发明的“诊断设备”可被并入控制系统。分支诊断模块可以包含与主干部分的连接，并且它能够适于监测主干部分的电特性，并在它检测到主干部分中的一个或多个预先确定的电学事件时激活干扰装置。将会认识到：与主干部分的连接必须是本质安全的。

此外，分支诊断模块可以包含适于与诊断设备接口连接的接口装置，使得能够诊断所指示的故障，其中对于诊断设备使用电通信电路。

然而，如果期望不仅仅是简单的报警，可以重写在一个或多个宏周期内的现场器件诊断数据部分，使得能够传输比简单的二进制故障/无故障信号复杂的信号。利用此布置能够传输特定的诊断警报。

例如，如果在分支上有12个器件，那么宏周期内现场器件诊断数据的12个单一比特可以全部被删除并且被多个比特替换，所述多个比特合并形成12位的字节并且可以准确地传达所检测故障的性质(nature)。然而，为了将本发明的此版本付诸实施，将要求分支诊断模块和诊断仪器中的额外的处理能力。

本发明并非必须采用上述哪一种方法。将会认识到：将会存在场合特定的要求，并且无论哪种布置是最合适的，本领域普通技术人员都将能够付诸实施。

如上所述，诊断仪器可以包含控制系统。已知的控制系统适于接收来自现场器件的数据，并且往往包含了许多复杂的特征，包括远程控制现场器件的能力。因此，优选是电通信电路可以包含连接到主干部分的控制系统，其能够适于接收从现场器件经由通信电路发送的所述数据信号，而且其能够适于经由通信电路向现场器件发送控制信号，该控制信号可以包含一个或多个核心功能。为了防止在使用中这种控制信号的故障，干扰装置可以适于干扰通信电路和/或在其上发送的数据信号，使得控制信号的所述一个或多个核心功能不受到影响。将会认识到：干扰装置的前述设置实现了这一点。

前述描述的本发明的替代版本可以被单独采用，或者根据本发明的电通信电路能够包含这些特征的任何组合以增强功能。例如，分支诊断模块可以适于改变主干部分的物理层属性来指示故障，然后使用在静默非数据传输时段内所发送的次要数据信号发送关于该故障的信息。作为备选的方案，违反正常运行参数的不同方式能够表明故障的不同类型。例如，主干部分的物理层属性的变化能够表明多个分支中的任何一个上的关系成败的故障(make or break fault)，而在报头的结构的变化能够表明特定的分支中的不平衡。

不过，无论使用哪种违反正常的运行参数的方式，分支部分保持与主干部分的隔离和自治，因此物理层变量不能直接通过主干部分进行监测。因此，对于一些如前所述的设置，分支上的特定故障不能被诊断仪器识别。

因此，在本发明的一个版本中，诊断仪器可以包含：连接到主干部分、并且适于监测主干部分的电特性的主干诊断模块，和与隔离装置串联地安装的、并且适于在接收到预先确定的命令时将主干部分连接到分支部分的旁路(bypass)装置。此布置允许分支部分的电特性被传送到主干部分并且被主干诊断模块监测。

将会认识到：如果分支被设置在本质安全的环境中，那么旁路装置不能危及本质安全标准。因此，旁路装置可以包含本质安全的流电耦合。作为替代的方案，或除此之外，旁路装置可以包含满足本质安全标准的要求的分路(shunt)或阻挡(block)部件。这可以是一个或多个电感器、电容器或电阻器，其中在250伏特(均方根)和三个被认为可靠的(infallible)充分低电容的阻挡电容器下，小于5毫安培将流过450千欧姆的分路电阻。

此外，如果主干部分和分支部分被连接在一起，将会出现相移或分支部分数据与主干部分数据的不匹配，如果分支侧数据与主干侧数据不同，那么必须从数据信号过滤要被测量的具体的物理变量，即，仅应将噪声水平从分支部分传送到主干部分，而没有分支数据信号或至少没有可检测水平的分支数据。因此，旁路装置可以包含适于将分支数据信号过滤出的过滤功能。实现此功能所需的软件编程是已知的，并且本领域普通技术人员将能够将它付诸实施。

能够以多种方式执行本发明，将参照附图以例子的方式描述本发明的四个实施例，在附图中：

图1是现有技术中第一个电通信电路的示意图；

图2是现有技术中第二个电通信电路的示意图；

图3是现有技术中第三个电通信电路的示意图；

图4是根据本发明的第一个电通信电路的示意图；

图5是通过图4所示的电通信电路发送的数据信号的示意图。

图6是根据本发明的第二个电通信电路的示意图；

图7是根据本发明的第三个电通信电路的示意图；

图8是根据本发明的任何电通信电路的附加功能的示意图；

图9是根据本发明的第四个电通信电路的示意图；以及

图10是通过图9所示的电通信电路发送的数据信号的示意图。

因此，如图4所示，电通信电路包含：电源1；主干部分4；分支部分6；以流电隔离器9z的形式设置在主干部分4和分支部分6之间的隔离装置；连接到主干部分4的主干诊断模块3的形式的诊断仪器；和连接到分支部分6的现场器件7。如下面进一步解释的那样，现场器件6适于通过通信电路向控制系统2发送数据信号，该数据信号包括一个或多个核心功能。在附图中，现场器件并不是特定的，但是它例如可以包括压力传感器，所述压力传感器具有包括数据信号的核心功能的压力读数。

通信电路和数据信号在许多预先确定的正常运行参数下工作。图4所示的电通信电路具有许多正常运行参数，包括物理层属性的上限和下限以及数据信号的结构和格式。主干诊断模块3适于检测对这些正常运行参数的预先确定的违反。(在下面描述的一些示例中，改为由控制系统2检测这样的违反，并且部件中的任何一个或者两者可以是本发明的“诊断仪器”)

分支诊断模块10被连接到分支6上，并且适于监测分支部分6的电特性。它还包含干扰装置，下面进一步解释了干扰装置的多种实施方式，干扰装置适于干扰通信电路和/或其上发送的数据信号，使得对正常运行参数的所述一个或多个预先确定的违反是可通过主干诊断模块3(或控制系统2)进行检测的，但是使得数据信号的所述核心功能不受影响。分支诊断模块10适于在它检测到分支部分6中的一个或多个预先确定的电学事件时激活这些干扰装置。

图4所示的电通信电路包含多个分支6，并且每个分支6被示为具有安装在其上的一个器件7，但是将会认识到：在实践中可将多个现场器件7安装到每个分支6。

流电隔离器9z包含软件层转发器功能，其接收来自现场设备7的数据信号，并把它们转发到主干部分4。因此，较长分支长度的通常低质量的信号可以被重塑并且以更精确的波形被转发。执行这些功能的流电隔离器或转发器是已知的。

然而，在图4所示的电通信电路中，分支诊断模块10包含微处理器，所述微处理器如11所示链接到流电隔离器9z，并且如下面进一步描述的那样，分支诊断模块10被编程以干扰流电隔离器9z的转发器功能。

分支诊断模块10适于监测分支6的电流和电压、不平衡、其上的噪声或信号抖动、数据信号水平和任何短路。分支诊断模块10被编程为监测分支6的指示故障的一定的行为并且在发生这样的故障时采取行动。这样的诊断模块通常是已知的，但是分支诊断模块10在它检测到故障时激活干扰装置。

控制系统2是复杂的电子系统，适于为电通信电路的操作者接收、解释和显示来自现场器件7的数据。控制系统2也在使用中向现场器件7发送控制信号以改变他们的操作状态。这样的控制系统是已知的。主干诊断模块3适于以常规方式监测主干部分的电气特性，并且再次说明，这样的诊断功能是已知的。

现场器件7向控制系统2发送数据信号，它们包含许多部分。具体而言，参见图5，数据信号包含报头和结束比特。图5的上部示出报头的正常结构以及数据信号的结束比特。

当分支诊断模块10检测到特定分支6上的故障时，它经由链接11干扰流电隔离器9z的软件层转发器功能，并且修改从安装于该分支6上的现场器件7所发送的数据信号的报头和/或结束比特。图5的下部示出了报头和结束比特两者的修改过的结构，虽然在实践中只需要修改一个部分。该修改涉及删除报头的比特、和/或变更结束比特的形状。

主干诊断模块3被编程为监测输入数据信号的报头和/或结束比特的结构，它检测何时进行了修改、并且将其识别为对电路的正常运行参数的违反。然后主干诊断模块3激活对从其发送数据信号的分支6的故障警报。

对报头和/或结尾比特的修改使得就控制系统2而言它们仍然这样工作，并且还使得数据带宽不受影响。

图6示出了本发明的第二实施例。图6所示的电通信电路具有几个与图4所示的电通信电路相同的部件，而且这些部件具有已经使用过的同样类似的参考标记。

在图6所示的电通信电路中，分支诊断模块10包含安装在主干部分4的多条电线之一上的继电器13。分支诊断模块10还包括内在安全特征以确保分支6保持本质安全。

当分支诊断模块10检测到多个分支6中的任何分支上的故障时，如前所述，它如12所示驱动继电器13，以创建可通过主干诊断模块3检测的、具有预先确定的值15的电极对地14故障。主干诊断模块3被编程为将该产生的电极对地14故障识别为对电通信电路的正常运行参数的违反、并且激活故障警报。

图7示出了本发明的第三实施例，并且对于与图4和图6所示相同的那些部件再次使用相同的参考数字。

在图7所示的电通信电路中，分支诊断模块10包含到主干部分4的两条电线的公共模式链接16。主干部分4包含缆线护罩15，分支诊断模块10和主干诊断模块3都参照所述缆线护罩作为基准。

当分支诊断模块10检测到多个分支6中的任何分支上的故障时，如前所述，它向主干部分4注入公共模式干扰信号，使得在其中创建可通过参照缆线护罩17由主干诊断模块3检测的公共模式变化。主干诊断模块3被编程为：将此公共模式变化识别为对电路的正常运行参数的违反、并且激活故障警报。

在前述每一个实施例中，分支6完全独立于主干部分4，因此分支6的电气特征是不可由主干诊断模块3检测的。然而，利用图8所示的额外的特征将实现这一点。

如图8所示，旁路或分路18被与流电隔离器9串联地安装，并且将主干部分4连接至分支部分6。此布置允许分支部分6的电特性被传递到主干部分4中并且被主干诊断模块3监测。

此分路18包括本质安全的流电耦合器，但带有用于过滤出任何数据信号的特定过滤。这确保了安全并且防止相移或者分支部分数据与主干部分数据的不匹配。

图9示出了本发明的第四实施例，并且对于与前述附图所示相同的那些部件再次使用了同样的参考数字，但是图9提供更多细节。

如图9所示的电通信电路中，分支6包含短路保护单元19，所述短路保护单元用于在发生短路事件等时将分支6与电源1隔离。

图9还单独示出软件层转发器20，其用于将数据从主干部分4转发到分支6，以及从分支部分6转发到主干部分4。图9还单独示出微处理器21，所述微处理器根据来自分支诊断模块10的输入来控制转发器20的功能。

图9中的器件耦合器8还包括接口22，其具有23所示的无线连接性和显示器24。这些特征允许操作者获得访问现场诊断和状况数据，以进一步诊断任何检测到的故障。

图9所示的电通信电路的另一个重要的特征是：分支诊断模块10包括到主干部分4的连接，因而它能够监测主干部分4的电特性以及分支6的电特性。这使得分支诊断模块10能够在它检测到主干部分4中的一个或多个预先确定的电学事件时激活干扰装置。这在基本级别的功能性处消除了对任何主干诊断模块3的要求。(在以下描述的布置中，控制系统2作为本发明的诊断仪器，但在图9中仍然示出了主干诊断模块3，并且它能够参与监测主干和检测对正常运行参数的违反，作为备选的方案这应该是期望的。)

如图10所示，来自现场器件7的数据信号包含多个部分，包括现场器件诊断数据部分25。此部分仅包含一个比特，所述一个比特用于传达故障或无故障状态。

如前所述，当分支诊断模块10检测到多个分支6中的任何分支上的故障时，或者检测到主干部分4上的故障时，微处理器21干扰软件层转发器20，并命令它删除正为该特定分支或者所有分支转发的所有数据信号的无故障状态比特、并且将它们替换为故障状态比特。此明显的分支范围或系统范围故障被控制系统2检测到、而且被识别为对电路的正常运行参数的违反，而且激活警报。系统的操作者他们使用接口22-24中的任何接口来看护器件耦合器8并诊断故障。

图9所示的电通信电路也可以被编程为以增强方式运行。特别是，利用上述布置，系统仅指示存在故障或没有故障，而不提供故障具体的信息。

虽然在多个分支6中的每个分支上只示出了一个现场器件7，在实践中可以有多个这样的器件(例如12个)。当属于此情况时，现场器件7在宏周期内轮流向控制系统2发送它们的数据信号。因此，在每个周期内发送12个单独的现场器件状态比特。

在宏周期内单独的现场器件状态比特能够被适于编程的微处理器21重写的方式是不限定的，并且用于增强的功能性的多种不同的布置是可以的。

例如，在一种配置中，微处理器21被编程为：仅对于给定数量的宏周期(与持续方式中相反)，命令转发器20删除正被转发的所有数据信号的无故障状态比特并将它们替换为故障状态比特。这允许数据信号的现场器件诊断数据部分25恢复其功能性，因此，现场器件7中的随后的真正故障能够被控制系统2检测。

此外，在另一个构造中，微处理器21被编程为：命令转发器20删除在一个宏周期内正被转发的数据信号的无故障状态比特、并且利用组合形成可被控制系统2检测和译解(decipherable)的12位字节(或等于分支6上的现场器件的数量的字节大小)的多个比特替换它们。利用此布置，可以传输特定的诊断警报。

可以变更上述实施例而不脱离权利要求1的范围。例如，在一个替代性的实施例(未示出)中，根据数据传输时段和静默非数据传输时段的交替序列传输从分支发送的数据信号。当分支诊断模块检测到任何分支(和/或在主干部分)上的故障时，如上所述，它在静默非数据传输时段中向控制系统发送功能次要数据信号。这里的优点是：分支诊断模块可以向控制系统发送比简单的故障/无故障状态信号复杂得多的数据信号。但是，存在如下缺点：在静默非数据传输时段之前会有延迟。

在其它替代的实施例(未示出)中，电通信线路包含上述布置的组合，以增强其功能性。例如，在一个替代性的实施例(未示出)中，分支诊断模块改变数据信号的结尾比特来指示故障，然后在随后的静默非数据传输时段中发送复杂的故障诊断数据信号。

因此，本发明提供了电通信电路，其中隔离的分支上的故障可以被传达到安装在总部的(home borne)诊断仪器而不影响正在电路上发送的数据的核心功能的性能。

Claims (17)

1.一种电通信电路，包含：电源、主干部分、分支部分、设置在主干部分和分支部分之间的隔离装置、连接到主干部分的诊断仪器和连接到分支部分的现场器件，

其中所述现场器件适于通过通信电路发送数据信号，所述数据信号包含一个或多个核心功能，

其中所述通信电路和/或所述数据信号在一个或多个预先确定的正常运行参数下工作，

其中所述诊断仪器适于检测对所述正常运行参数的一个或多个预先确定的违反，

其中分支诊断模块被连接到所述分支部分并且适于监测所述分支部分的电特性，

其中所述分支诊断模块包含适于干扰所述通信电路和/或其上发送的数据信号的干扰装置，使得对正常运行参数的所述一个或多个预先确定的违反是可通过所述诊断仪器检测的，但是所述数据信号的所述一个或多个核心功能不受影响，并且，

其中所述分支诊断模块适于在它检测到所述分支部分中的一个或多个预先确定的电学事件时激活所述干扰装置。

2.如权利要求1所述的电通信电路，其中所述隔离装置包含本质安全的流电绝缘器，所述流电绝缘器适于使得分支部分本质安全。

3.如权利要求2所述的电通信电路，其中在正常运行参数下，所述通信电路包含在预先确定的阈值内的物理层属性，并且其中所述干扰装置适于改变所述主干部分的物理层属性，使得它违反所述阈值中的一个。

4.如权利要求3所述的电通信电路，其中所述干扰装置包含安装在所述主干部分的负极或正极线上的继电器，并且其中所述分支诊断模块适于在它检测到所述分支部分中的一个或多个预先确定的电学事件时驱动所述继电器，使得在所述主干部分中创建缆线不平衡，所述缆线不平衡可由所述诊断仪器检测。

5.如权利要求4所述的电通信电路，其中所述干扰装置包含安装在所述主干部分上的公共模式注入点，其中所述主干部分包含缆线护罩，其中所述分支诊断模块和所述诊断仪器都参照所述缆线护罩作为基准，并且其中所述分支诊断模块适于在它检测到所述分支部分中的一个或多个预先确定的电学事件时向所述主干部分注入公共模式干扰信号，使得在所述主干部分中创建公共模式变化，所述公共模式变化是可由所述诊断仪器通过参照所述缆线护罩检测的。

6.如权利要求2所述的电通信电路，其中在正常运行参数下，所述数据信号包含具有报头和/或其结尾部分的结构，并且其中所述干扰装置适于改变所述报头或结尾部分，使得它偏离所述结构。

7.如权利要求6所述的电通信电路，其中所述流电隔离器包含软件层转发器功能，其中所述分支诊断模块包含适于控制所述软件层转发器功能的微处理器，并且其中所述分支诊断模块适于在转发器工作期间增加、去除或改变所述数据信号的报头和/或结尾部分的一个或多个比特。

8.如权利要求2所述的电通信电路，其中在正常运行参数下，所述数据信号包含数据传输时段和静默非数据传输时段的交替序列，并且其中所述干扰装置适于在静默非数据传输时段中向所述诊断仪器发送功能次要数据信号，其存在可被所述诊断仪器检测为对所述交替序列的违反，并且通过所述诊断仪器理解其功能含义。

9.如权利要求2所述的电通信电路，其中在正常运行参数下，所述数据信号包含现场器件诊断数据部分，并且其中所述干涉装置适于删除所述现场器件诊断数据部分，并将它替换为分支诊断数据。

10.如权利要求9所述的电通信电路，其中所述流电隔离器包含软件层转发器功能，其中所述分支诊断模块包含适于控制所述软件层转发器功能的微处理器，并且其中所述分支诊断模块适于删除所述现场器件诊断数据部分，并在转发器工作期间将它替换为分支诊断数据。

11.如权利要求10所述的电通信电路，其中多个现场器件被连接到所述分支部分，其中所述多个现场器件适于在宏周期内通过所述通信电路发送它们各自的数据信号，并且其中所述分支诊断模块适于删除每个数据信号中的现场器件数据部分，并将它们替换为分支诊断数据。

12.如权利要求11所述的电通信电路，其中所述分支诊断模块适于对于预先确定数量的宏周期删除每个数据信号中的现场器件数据部分并将它们替换为分支诊断数据。

13.如权利要求12所述的电通信电路，其中所述分支诊断模块包含与主干部分的连接，其中所述分支诊断模块适于监测所述主干部分的电特性，并且其中所述分支诊断模块适于在它检测到所述主干部分中的一个或多个预先确定的电学事件时激活所述干扰装置。

14.如前述权利要求中任何一项所述的电通信电路，其中通信器件被连接到所述主干部分，其中所述通信器件适于接收从所述现场器件经由所述通信电路发送的所述数据信号，其中所述通信器件适于通过所述通信电路向所述现场器件发送控制信号，所述控制信号包含一个或多个核心功能，其中所述干扰装置适于干扰所述通信电路和/或其上发送的数据信号，而控制信号的所述一个或多个核心功能不受影响。

15.如权利要求1-13中任何一项所述的电通信电路，其中诊断仪器包含连接到所述主干部分并且适于监测所述主干部分的电特性的主干诊断模块。

16.如权利要求14所述的电通信电路，其中诊断仪器包含连接到所述主干部分并且适于监测所述主干部分的电特性的主干诊断模块。

17.如权利要求15所述的电通信电路，其中所述电通信电路包含旁路装置，所述旁路装置是与所述隔离装置串联地安装的、并且适于在接收到预先确定的命令时将所述主干部分连接到所述分支部分以使所述分支部分的电特性被传递到所述主干部分并能够被所述主干诊断模块监测。

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